Sicherheitskupplung für drehende Antriebe

Abstract

 Mit einer treibenden und einer getriebenen Nabe (10, 16), die in bezug zueinander drehbar gelagert sind, ist je eine Rastenanord­nung (40, 44) zu gemeinsamer Drehung verbunden. Die beiden Rasten­anordnungen (40, 44) sind miteinander durch mindestens einen Rastkörper (42) kuppelbar, der in einer eingerasteten Stellung eine vom übertragenen Drehmoment abhängige axiale Ausrückkraft (B) erzeugt. Zum Erzeugen einer von der Ausrückkraft (B) bei Ueberschreitung eines bestimmten Drehmoments überwindbaren Ein­rückkraft (C) ist eine Spannvorrichtung vorgesehen. Diese weist einen Zylinderraum (36) auf, dem ein Fluid unter Druck von einem Einlass (56) aus zuführbar ist, solange der Rastkörper (42) ein­gerastet ist. Der Rastkörper (42) ist zu gemeinsamer axialer Verschiebung mit einem Steuerschieber (32) verbunden, der den Zylinderraum (36) vom Einlass (56) trennt und an einen Entlas­tungskanal (76) anschliesst, wenn der Rastkörper (42) wenigstens teilweise ausgerastet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung für drehende Antriebe, mit
- einer treibenden und einer getriebenen Nabe, die in bezug zuei­nander drehbar gelagert sind,
- zwei Rastenanordnungen, die mit je einer der Naben zu gemein­samer Drehung verbunden sind,
- mindestens einem Rastkörper, der in einer eingerasteten Stel­lung die beiden Rastenanordnungen miteinander kuppelt und eine vom übertragenen Drehmoment abhängige axiale Ausrückkraft er­zeugt, und
- einer Spannvorrichtung zum Erzeugen einer Einrückkraft, die von der Ausrückkraft bei Überschreitung eines bestimmten Drehmoments überwindbar ist.

[0002] Bei einer bekannten Sicherheitskupplung dieser Gattung (Prospekt Nr. 8312 I.A. der Firma Fertigungstechnik Walter Hafner, D-8751 Kleinwallstadt, S. 14, Typenreihe FHW/BA) haben die beiden Naben ringförmige Stirnflächen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen und in bezug zur Drehachse der Kupplung radial verlaufende Rasten aufweisen. Als Rastkörper sind zylindrische Wälzkörper vorgese­hen, die ebenfalls radial angeordnet und von einer Spannvorrich­tung axial in Richtung zu den Rasten hin belastet sind.

[0003] Zur Spannvorrichtung gehört ein Ring, an dem sich die Rastkörper abwälzen können und der von einer Tellerfeder vorgespannt ist. Die Vorspannung lässt sich mit einer Mutter einstellen, die auf eine der beiden Naben aufgeschraubt ist, und an der sich die Tellerfeder abstützt. Dieselbe Nabe ist unmittelbar an einer treibenden Welle zu befestigen, während die andere Nabe wahlweise unmittelbar oder über ein federndes Wellrohr an einer getriebenen Welle zu befestigen ist.

[0004] Bei einer anderen, ebenfalls bekannten Sicherheitskupplung der genannten Gattung (Prospekt der Firma Binder & Geisser AG, CH-8029 Zürich, Typenreihe SIK-ZF) sind als Rastkörper anstelle zylindrischer Rollen Kugeln vorgesehen.

[0005] Bei weiteren bekannten Sicherheitskupplungen der genannten Gat­tung (Prospekt der Maschinenfabrik Mönninghoff GmbH & Co. KG, D-4630 Bochum) sind die Rastenanordnungen Planverzahnungen, die auch unter der Bezeichnung Hirth-Verzahnungen bekannt sind; hier stellen die Zähne jeder der beiden Planverzahnungen Rastkörper dar, die in Zahnlücken der jeweils anderen Planverzahnung ein­greifen. Als Spannvorrichtung, die bestrebt ist, die beiden Plan­verzahnungen zusammenzuhalten, ist ein Elektromagnet mit zugehö­rigem Anker vorgesehen.

[0006] All diesen bekannten Sicherheitskupplungen ist gemeinsam, dass die Rastkörper über die Rastenanordnung oder -anordnungen, in die sie normalerweise eingreifen, hinwegratschen, wenn ein bestimmtes Drehmoment überschritten wird. Die Grösse dieses Drehmoments ist abhängig von der Gestaltung der Rastenanordnungen, beispielsweise vom Zahnflankenwinkel, wenn die Rastenanordnungen Planverzah­nungen sind, und ist ferner abhängig von der axialen Einrück­kraft, die von der Spannvorrichtung erzeugt wird.

[0007] Beim Hinwegratschen der Rastkörper über die Rastenanordnung oder -anordnungen wird noch ein Drehmoment übertragen, das nicht ver­nachlässigbar gering ist; ausserdem verschleissen die Rastkörper und Rastenanordnungen erheblich, wenn das Ratschen längere Zeit anhält. Dem lässt sich allenfalls bei Elektromagnetkupplungen dadurch entgegenwirken, dass ihre Stromzufuhr abgeschaltet wird, wenn die Rastkörper ihre Normalstellung verlassen. Elektromagnet­kupplungen sind jedoch wegen der unvermeidlich grossen trägen Masse ihrer Wicklungen und Anker nicht für Anwendungsfälle geeig­net, in denen es darauf ankommt, die rotierenden trägen Massen gering zu halten.

[0008] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Sicher­heitskupplung für drehende Antriebe derart weiterzubilden, dass sie bei Ueberschreitung eines bestimmten, noch als zulässig ange­sehenen Drehmoments nur noch ein im Vergleich zu diesem Drehmo­ment sehr geringes Restmoment übertragen und bei denen die mit jeder der beiden Naben umlaufenden trägen Massen im Vergleich zu Elektromagnetkupplungen gleichen Leistungsvermögens gering sind.

[0009] Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
- die Spannvorrichtung einen Zylinderraum aufweist, dem ein Fluid unter Druck von einem Einlass aus zuführbar ist, solange der Rastkörper eingerastet ist, und
- der Rastkörper zu gemeinsamer axialer Verschiebung mit einem Steuerschieber verbunden ist, der den Zylinderraum vom Einlass trennt und an einen Entlastungskanal anschliesst, wenn der Rast­körper wenigstens teilweise ausgerastet ist.

[0010] Als Fluid zum Erzeugen der Einrückkraft kann Druckluft verwendet werden, was den Vorteil hat, dass die Füllung des Zylinderraumes eine vernachlässigbar geringe träge Masse hat; ausserdem erleich­tert die Kompressibilität der Luft die anfängliche Bewegung des Steuerschiebers, die beim Ausrücken erforderlich ist.

[0011] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemässe Kupplung ein federndes Wellrohr aufweist, das den Zylinderraum radial nach aussen begrenzt und den Steuerschieber mit einem in axialer Rich­tung ortsfesten Kupplungsteil verbindet. Ein solches Wellrohr hat selber eine im Verhältnis zur Grösse des von ihm umschlossenen Zylinderraumes geringe träge Masse und lässt sich auf einfache Weise , z.B. durch Schweissen oder mit massearmen Bauteilen, beispielsweise handelsüblichen Spannschellen, zuverlässig dicht am Steuerschieber einerseits und an dem in axialer Richtung orts­festen Kupplungsteil andererseits befestigen.

[0012] Vorzugsweise ist das Wellrohr so beschaffen, dass es mit dem gesamten von der Sicherheitskupplung zu übertragenden Drehmoment belastbar ist. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, wenn das Wellrohr aus Federstahl oder anderem hoch belastbarem Material (rostfreiem Stahl) besteht.

[0013] Ausserdem ist es zweckmässig, wenn das Wellrohr mit einem Ende über einen Flansch des ortsfesten Kupplungsteils an einer der beiden Naben und mit einem entgegengesetzten Ende an einem Flansch des Steuerschiebers befestigt ist.

[0014] Es ist ferner zweckmässig, wenn der Rastkörper oder - falls meh­rere Rastkörper vorhanden sind - die Gesamtheit der Rastkörper an einer der beiden Rastenanordnungen einstückig ausgebildet ist. Es ist aber auch, wie bei zwei der eingangs beschriebenen Sicher­heitskupplungen, eine körperliche Trennung zwischen dem Rastkör­per oder den Rastkörpern einerseits und jeder der beiden Rasten­anordnungen andererseits möglich.

[0015] Zweckmässigerweise ist der Rastkörper - oder die Gesamtheit der Rastkörper - von einer Feder ständig im Sinne des Ausrückens belastet und wird von dieser Feder vollständig ausgerückt gehal­ten, wenn der Zylinderraum drucklos ist.

[0016] Die Feder kann von dem federnden Wellrohr und/oder einer gesonder­ten Feder gebildet sein.

[0017] Ferner ist es zweckmässig, wenn der Zylinderraum durch einen Bypass, der von einem Hilfssteuerglied gesteuert ist, mit dem Einlass verbindbar ist.

[0018] Diese Ausgestaltung kann dadurch weitergebildet sein, dass der Steuerschieber ein rohrförmiger Kolben ist, der auf einem axialen Fortsatz einer der beiden Naben geführt ist, und das Hilfssteuer­glied in einer zentralen axialen Bohrung des Fortsatzes ebenfalls axial verschiebbar geführt ist.

[0019] Dabei ist es schliesslich vorteilhaft, wenn das Hilfssteuerglied einen Druckknopf aufweist, der axial aus einer freien Stirnfläche des Fortsatzes herausragt.

[0020] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Die Zeichnungen zeigen, jeweils in Schrägansicht und teilweise im axialen Schnitt, eine Sicherheitskupplung in drei verschiedenen Stellungen, nämlich

Fig. 1 in eingerückter Stellung

Fig. 2 in ausgerückter Stellung und

Fig. 3 in ausgerückter, jedoch zu Einrücken bereiter Stellung.

[0021] Die dargestellte Sicherheitskupplung hat eine treibende Nabe 10, die längs ihrer Achse A teilweise hohlgebohrt ist und sich mit­tels einer Klemmvorrichtung 12 an einer Ausgangswelle eines nicht dargestellten Pendelgetriebes bekannter Bauart befestigen und von dieser um einen bestimmten Winkel hin- und herpendelnd antreiben lässt. Auf der treibenden Nabe 10 ist mittels zweier Wälzlager 14, die im dargestellten Beispiel Rillenkugellager sind, eine getriebene Nabe 16 drehbar gelagert.

[0022] Von der getriebenen Nabe 16 ragt radial ein Hebel 18 weg, der beispielsweise eine intermittierend arbeitende Transportvorrich­tung bekannter Bauart antreiben kann.

[0023] Die treibende Nabe 10 hat einen axialen Fortsatz 20, der nahe seinem Ende einen kegelförmigen Bereich 22 und in einem Gewinde­zapfen 24 endet. Auf dem kegelförmigen Bereich 22 ist mittels einer auf den Gewindezapfen 24 aufgeschraubten Mutter 26 ein scheibenförmiges Kupplungsteil 28 befestigt, das einen radial nach aussen ragenden Flansch 30 hat. Der Flansch 30 begrenzt einen zylindrischen Abschnitt des Fortsatzes 20, auf dem ein kolbenartiger, rohrförmiger Steuerschieber 32 axial verschiebbar ist.

[0024] Der Steuerschieber 32 hat an seinem vom Flansch 30 abgewandten Ende einen Flansch 34. Die beiden Flansche 30 und 34 begrenzen einen Zylinderraum 36, der radial nach aussen hin von einem an diesen beiden Flanschen dicht befestigten federnden Wellrohr 38 umschlossen ist. Das Wellrohr 38 ist in axialer Richtung elastisch zusammendrückbar und dehnbar, ist aber verdrehsteif, so dass die Flansche 30 und 34 sich nicht in bezug zueinander um die Achse A drehen können.

[0025] Im dargestellten Beispiel besteht das Wellrohr 38 aus Federstahl und bildet die einzige drehmomentübertragende Verbindung zwischen den Flanschen 30 und 34, an denen es mit je einem Ende befestigt, vorzugsweise angeschweisst ist. Deshalb wird das gesamte Dreh­moment, mit dem die Sicherheitskupplung belastet wird, über das Wellrohr 38 übertragen.

[0026] Am Flansch 34 des Steuerschiebers 32 ist eine Rastenanordnung 40 befestigt; an dieser sind stirnseitig Rastkörper 42 ausgebildet, die durch eine diametrale Nut voneinander getrennt sind. Dieser Rastenanordnung 40, die der treibenden Nabe 10 zugeordnet ist, steht axial eine komplementäre Rastenanordnung 44 gegenüber, die an der getriebenen Nabe 16 ausgebildet ist.

[0027] Der Steuerschieber 32 wird ständig von einer Feder 46 - darge­stellt ist eine den Forsatz 20 umschlingede Schraubenfeder - ­derart belastet, dass er bestrebt ist, seine in Fig. 1 abgebil­dete Stellung zu verlassen und sich, wie in Fig. 2 und 3 darge­stellt, an das in axialer Richtung ortsfeste Kupplungsteil 28 anzulegen. In gleicher Richtung wirkt eine Ausrückkraft B, die an aneinanderliegenden schrägen Flanken der Rastkörper 42 einerseits und der Rastenordnung 44 andererseits entsteht, wenn die Kupplung ein Drehmoment überträgt; die Ausrückkraft B ist bei gerader Flankenform dem Drehmoment proportional. Nähere Erläuterungen hierzu erscheinen angesichts des oben erwähnten Standes der Technik entbehrlich.

[0028] Der Fortsatz 20 hat eine zentrale axiale Bohrung 48, die ein geschlossenes inneres Ende hat und ein kolbenartiges Hilfssteuer­glied 50 aufnimmt. Ein Ende des Hilfssteuergliedes 50 ist als Druckknopf 52 ausgebildet, der je nach Stellung des Hilfssteuer­gliedes mehr oder weniger weit über eine ebene Stirnfläche 54 des Fortsatzes 20 hinausragt. An derselben Stirnfläche 54 ist, radial gegen die Bohrung 48 versetzt, ein Einlass 56 ausgebildet, an das eine flexible Druckluft- oder Druckflüssigkeitsleitung anschliess­bar ist. Vom Einlass 46 aus erstreckt sich ein achsparalleler Kanal 58 ungefähr soweit nach innen wie die zentrale Bohrung 48.

[0029] Der Fortsatz 20 trägt in einem mittleren Bereich drei in axialen Abständen voneinander angeordnete ringförmige Dichtungen 60, 62 und 64. Zwischen der axial inneren Dichtung 60 und der mittleren Dichtung 62 ist ein Ringraum 66 ausgebildet, während zwischen der mittleren Dichtung 62 und der axial äusseren Dichtung 64 ein weitere Ringraum 68 ausgebildet ist. Der Ringraum 66 ist mit dem achsparallelen Kanal 58 ständig verbunden und ist bei eingerück­ter Kupplung gemäss Fig. 1 durch Steuerlöcher 70 im Steuerschie­ber 32 hindurch auch mit dem Zylinderraum 36 verbunden ist.

[0030] Der Zylinderraum 36 enthält eine gelochten Füllkörper 72 aus besonders leichtem Werkstoff, vorzugsweise aufgeschäumtem Kunst­stoff, der die Aufgabe hat, das mit einem Fluid füllbare Volumen des Zylinderraums 36 zu vermindern.

[0031] Das Hilfssteuerglied 50 hat eine breite Ringnut 74, die mit einem Entlastungskanal 76 im Fortsatz 20 verbunden ist, solange das Hilfssteuerglied 50, bei eingerückter oder ausgerückter Kupplung, seine in Fig. 1 und 2 abgebildete Ruhestellung einnimmt. Der Entlastungskanal 76 mündet in die freie Umgebung, wenn die Kupp­lung pneumatisch betätigbar ist; falls eine hydraulische Betäti­gung vorgesehen sein sollte, müsste der Entlastungskanal 76 an einen Auffangbehälter angeschlossen werden. Die breite Ringnut 74 ist bei eingerückter Kupplung gemäss Fig. 1 sowie bei einrückberei­ter Kupplung gemäss Fig. 2 ferner über eine radiale Bohrung 78 im Fortsatz 20 mit dem Ringraum 68 zwischen den Dichtungen 62 und 64 verbunden.

[0032] Das Hilfssteuerglied 50 hat ferner, axial ausserhalb der breiten Ringnut 74, eine schmale Ringnut 80, die bei einrückbereiter Kupplung gemäss Fig. 3 den achsparallelen Kanal 58 über eine radiale Bohrung 82 im Fortsatz 20 mit dem Zylinderraum 36 ver­bindet.

[0033] Ausgehend von der eingerückten Stellung gemäss Fig. 1 bewirkt eine Belastung der Kupplung mit einem Drehmoment, dass an den miteinander zusammenwirkenden schrägen Flanken der Rastenanord­nung 40 samt ihren Rastkörpern 42 einerseits und der Rastenan­ordnung 44 andererseits eine Ausrückkraft B entsteht, die ge­meinsam mit der Kraft der Feder 46 grösser ist als die am Steuer­schieber 32 wirksame pneumatische oder hydraulische Einrückkraft C. Infolgedessen nähert sich der Steuerschieber 32 dem Kupplungs­teil 28. Dabei überfahren die Steuerlöcher 70 die mittlere Dich­tung 62, so dass der Zylinderraum 36 vom achsparallelen Kanal 58 getrennt und über den Ringraum 68 sowie die breite Ringnut 74 mit dem Entlastungskanal 76 verbunden wird.

[0034] Infolgedessen wird der Zylinderraum 36 schnell drucklos, so dass der Steuerschieber 32 von der Feder 46 gemäss Fig. 2 gegen das Kupplungsteil 28 geschoben wird. Die Kupplung ist nun vollständig ausgerückt. Das Hilfssteuerglied 50 hat dabei seine Stellung nicht verändert, denn nach wie vor ist das innere Ende der zentra­len Bohrung 48 über den achsparallelen Kanal 48 mit dem Einlass 56 verbunden und steht somit unter Druck, der das Hilfssteuer­glied 50 in seiner Ruhestellung, einer axial äusseren Anschlag­stellung, hält.

[0035] Wenn die Kupplung wieder eingerückt werden soll, wird mit einer von aussen, beispielsweise mit einem Finger, aufgebrachten Kraft der Druckknopf 52 nach innen gedrückt, so dass das Hilfssteuer­glied 50 in seine in Fig. 3 abgebildete Stellung gelangt. In dieser Stellung unterbricht das Hilfssteuerglied 50 die Verbin­dung zwischen der radialen Bohrung 78 und dem Entlastungskanal 76. Gleichzeitig verbindet das Hilfssteuerglied 50 über seine schmale Ringnut 80 den achsparallelen Kanal 58 mit der radialen Bohrung 82, so dass ein Bypass entsteht, über den Fluid unter Druck vom Einlass 56 in den Zylinderraum 36 strömt. Infolgedessen entsteht wieder die Einrückkraft C, die den Steuerschieber 32 vom Flansch 30 weg verschiebt, so dass die Rastenanordnung 40 samt ihren Rastkörpern 42 wieder in die Rastenanordnung 44 eingreift, wodurch die Naben 10 und 16 erneut miteinander gekuppelt werden.

Ansprüche

1. Sicherheitskupplung für drehende Antriebe, mit - einer treibenden und einer getriebenen Nabe (10, 16), die in bezug zueinander drehbar gelagert sind,
- zwei Rastenanordnungen (40, 44), die mit je einer der Naben (10, 16) zu gemeinsamer Drehung verbunden sind,
- mindestens einem Rastkörper (42), der in einer eingerasteten Stellung die beiden Rastenanordnungen (40, 44) miteinander kup­pelt und eine vom übertragenen Drehmoment abhängige axiale Aus­rückkraft (B) erzeugt, und
- einer Spannvorrichtung zum Erzeugen einer Einrückkraft (C), die von der Ausrückkraft (B) bei Ueberschreitung eines bestimmten Drehmoments überwindbar ist, dadurch
gekennzeichnet, dass
- die Spannvorrichtung einen Zylinderraum (36) aufweist, dem ein Fluid unter Druck von einem Einlass (56) aus zuführbar ist, solange der Rastkörper (42) eingerastet ist, und
- der Rastkörper (42) zu gemeinsamer axialer Verschiebung mit einer Steuerschieber (32) verbunden ist, der den Zylinderraum (36) vom Einlass (56) trennt und an eine Entlastungskanal (76) anschliesst, wenn der Rastkörper (42) wenigstens teilweise ausge­rastet ist.

2. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 mit einem federnden Well­rohr (38), das Teile der Kupplung derart miteinander verbindet, dass sie in bezug zueinander axial beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellrohr (38) den Zylin­derraum (36) radial nach aussen begrenzt und den Steuerschieber (32) mit einem in axialer Richtung ortsfesten Kupplungsteil (28) verbindet.

3. Sicherheitskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellrohr (38) mit dem gesamten von der Sicherheitskupplung zu übertragenden Drehmoment belastbar ist.

4. Sicherheitskupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellrohr (38) aus Federstahl oder anderem hoch belastbarem Metall (rostfreiem Stahl) besteht.

5. Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellrohr (38) mit einem Ende über einen Flansch (30) des ortsfesten Kupplungs­teils (28) an einer der beiden Naben (10) und mit seinem entgegen­gesetzten Ende an einem Flansch (34) des Steuerschiebers (32) befestigt ist.

6. Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastkörper (42) an einer der beiden Rastenanordnungen (40) einstückig ausgebildet ist.

7. Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastkörper (42) von einer Feder (46) ständig im Sinne des Ausrückens belastet ist und von dieser Feder (46) vollständig ausgerückt gehalten wird, wenn der Zylinderraum (36) drucklos ist.

8. Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (36) durch einen Bypass (80, 82), der von einem Hilfssteuerglied (50) gesteuert ist, mit dem Einlass (56) verbindbar ist.

9. Sicherheitskupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (32) ein rohrförmiger Kolben ist, der auf einem axialen Fortsatz (20) einer der beiden Naben (10) geführt ist und dass das Hilfs­steuerglied (50) in einer zentralen axialen Bohrung (48) des Fortsatzes (20) ebenfalls axial verschiebbar geführt ist.

10. Sicherheitskupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfssteuer­glied (50) einen Druckknopf (52) aufweist, der axial aus einer freien Stirnfläche (54) des Fortsatzes (20) herausragt.

Zeichnung